例1 (2018·广东省肇庆市一模)如图1甲所示,一物体以一定的初速度v0沿足够长斜面向上运动,此物体在斜面上的最大位移与斜面倾角的关系如图乙所示.设各种条件下,物体运动过程中的动摩擦因数均不变,g=10 m/s2.求:
图1
(1)物体与斜面之间的动摩擦因数及物体的初速度大小;
(2)θ为多大时,x值最小并求出x的最小值.
解析 (1)当θ为时,由运动学知识可得:v=2gh,h= m
当θ=0时,x0= m,此时物体运动中必受摩擦阻力.设动摩擦因数为μ,
此时摩擦力大小为:f=μmg
加速度大小为a1=μg
由运动学公式可得:v=2a1x0
联列以上各式解得:μ=,v0=5 m/s
(2)对于任意角度,根据动能定理可得,物体对应的最大位移x满足关系式:
mv=mgxsin θ+μmgxcos θ
联立解得x=
x的最小值为
x==h≈1.08 m